[发明专利]一种激光加工光束质量监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种激光加工光束质量监测系统，其包括第一分光镜，所述第一分光镜设有切割光路输入端、切割光路输出端、第二分光镜、反射镜、图像采集单元和平移驱动机构；还公开了一种激光加工光束质量监测方法，包括以下步骤：采集光束截面光斑图像、拟合光束轮廓曲线函数、评估焦距和发散角、评估光束质量Msupgt;2/supgt;和锐利长度Zr。本发明取得的有益效果：达到了监测结果准确的优点，并能够通过准确的光束质量Msupgt;2/supgt;和锐利长度Zr实现更准确的加工工艺判断，起到提高切割效率和割缝质量的效果的优点，有效提高光束质量Msupgt;2/supgt;的稳定性。

技术领域

本发明涉及光束质量监测的技术领域，具体涉及一种激光加工光束质量监测系统及方法。

背景技术

激光加工技术在加工领域的优势日渐突出，相关激光应用逐渐向高功率高效率的方向不断发展，激光加工的工艺应用也在不断突破。在不断提升的板厚加工的加工效率要求、加工断面的质量条纹变细和无挂渣的要求下，加工工艺随着技术工艺应用不断转变。随着激光在材料加工领域应用的功率不断提高，对于高功率的长时间加工导致光束质量变化和环境温升导致的焦点变化是高功率激光材料加工的主要问题，在提高高功率稳定性以及对于高功率在效率和表面质量中，对光束质量监控是激光加工核心问题。

为了解决对激光光束质量监测的问题，公告号为CN103949774A的中国发明专利申请文件公开了一种监测激光束质量的激光加工头，包括激光器输出头连接件、分光模块、激光束监测模块、激光加工头主体，激光器输出头连接件、激光束监测模块、激光切割头主体分别通过螺丝固定在分光模块上，并使输入的激光束穿过激光器输出头连接件进入分光模块，其中分光模块将部分激光束透射沿原方向继续传播到激光束监测模块，部分激光束反射偏转90度方向传播到激光加工头主体。分光镜片能透射部分激光束和反射大部分激光束，透射部分激光束沿原方向继续传播，反射部分激光束传播方向偏转90度；透射部分激光束进入激光束监测模块，首先通过一个镜片组，到达激光束质量分析仪；所述的激光束质量分析仪为能与连接计算机的CCD或CMOS激光光束接收器，激光束质量分析仪进行光束质量分析。

公告号为CN204413406U的中国实用新型专利公开了一种激光束质量可监测激光头，包括壳体，设置在所述壳体内的反光镜及聚光镜，所述反光镜用于反射入射光并形成反射光，所述聚光镜用于将所述反射光形成透射光并形成激光束；所述壳体内还设置有对应所述透射光的高度测量仪；所述壳体内还设置有对应所述激光束的宽度测量仪；所述高度测量仪及宽度测量仪均连接至控制器。通过设置宽度测量仪测量出形成的激光束的光束节点宽度DF，此处光束节点即透射光聚光后形成的最小光束位置处，将上述透射光高度f及光束节点宽度DF传输至控制器，即可通过公式θ＝DF/f即可计算出光束发散角θ，如果光束发散角θ超出一定范围，则需要调整激光头中反光镜及透视镜的位置以对激光头作出改进。

在高功率、长时间加工过程中，光束质量变化和环境温升会导致的焦点变化，在公告号为CN103949774A的中国发明专利申请文件和公告号为CN204413406U的中国实用新型专利中公开的方案中，如焦点发生变化，则会对其监测到的初始数据(即光束测量节点的宽度)造成较大的误差，监测结果不准确，无法满足需要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种激光加工光束质量监测系统，其包括第一分光镜，所述第一分光镜设有切割光路输入端、切割光路输出端、第二分光镜、反射镜、图像采集单元和平移驱动机构，还提供一种激光加工光束质量监测方法，包括以下步骤：采集光束截面光斑图像、拟合光束轮廓曲线函数、评估焦距和发散角、评估光束质量M²和锐利长度Zr。该激光加工光束质量监测系统具有监测结果准确的优点。